[发明专利]一种驱动能力增强的阻抗变换电路

说明书

本发明公开了一种驱动能力增强的阻抗变换电路，在现有阻抗变换电路的基础上，增加集电极电流检测电路用于检测高频晶体三极管的集电极电流并输出反馈控制电压，同时，将程控电流源改由输出反馈控制电压控制的压控电流源，并在集电极电流增加时，减小压控电流源电流，在集电极电流减小时，增加压控电流源电流，这样，能够在阻抗变换电路负载发生变化，使得交流增益保持不变，增强了阻抗变换电路的驱动能力。同时，与现有技术相比，交流增益的调节为自动调节，不需要软件重新进行设置，简化了调试过程；在直流偏置电压存在的情况下，仍然能够确保交流增益基本不变，使得交流增益与直流增益一致，确保了增益稳定性和频率响应平坦度。

技术领域

本发明属于高速数据采集中模拟信号调理技术领域，更为具体地讲，涉及一种驱动能力增强的阻抗变换电路。

背景技术

模拟信号调理前端电路(模拟前端电路)是许多数据采集系统中不可或缺的重要部分，用于实现对输入的被测信号的放大或衰减、阻抗变换、偏置调整等功能，从而实现对被测信号的精确定量测量。

在通用电子测试仪器中，数字示波器需要对各种宽带信号进行测试，因此其频率响应覆盖直流低频段和高频段信号，也就是要求模拟前端电路的直流(DC)增益和交流增益相同。

图1是数字示波器模拟前端电路的结构示意图。

如图1所示，常见的数字示波器模拟前端电路包括无源衰减网络、阻抗变换电路、偏置调节电路(未画出，其提供偏置调节)、可变增益放大电路、ADC驱动电路等几部分电路。其中，无源衰减网络对大信号进行衰减，小信号则直接通过，实现基本的粗增益控制；阻抗变换电路用于对被测信号的缓冲，实现高阻输入，低阻输出，并能够对被测信号进行偏置电压调节；可变增益放到电路根据数字示波器垂直灵敏度，进行增益控制，通常宽带数字示波器模拟前端电路中，该电路是由数控衰减器和固定增益放大器组成；最后信号一部分去触发通道用于实现同步，另一部分经过ADC驱动电路，送至ADC进行量化。

一般阻抗变换电路可以用运算放大器来实现，但对于从频率响应覆盖直流到GHz量级带宽的运算放大器几乎没有，所以，如图2所示，对于宽带数字示波器的阻抗变换电路，通常采用对信号高频分量，低频分量分路径的方式进行传输，最后再合成。由于是通过分立元件搭建阻抗变换电路，交流增益和直流增益如果不一致，会表现在低频方波失真，原因是交流通路中分立元器件晶体管等对于不同的静态电流，表现出不同的交流增益(G_AC)，而当直流通路的增益(G_DC)固定不变，则会出现当G_AC与G_DC不一致的情况，时域表现为低频方波信号失真，如图3所示；而频域表现为信号频率响应不平坦。

2017年10月31日授权公告的、公告号为CN105116362B、名称为“一种具有程控校正功能的示波器模拟前端阻抗变换电路”的中国发明专利，如图4所示，输入待测信号V_i进入阻抗变换电路的两条路径，高频路径经过C3通过，送至高频晶体管Q₁中；低频路径经过R₁、R₂分压后送至运算放大器U₁构建的负反馈电路中，其中R₇为反馈电阻，只要阻抗变换电路中参数调节合适，输出电压V_o与输入V_i成线性比例。

直流信号增益为G_DC主要受低频反馈电路影响，不妨假定此时输入为直流信号，如图4中所示，V_i为输入直流信号，V_i'为运放的正向端输入电压，则有

V_os是直流偏置调节输入电压，根据运放同向反向输入端“虚短”的特点，有：

根据公式(1)和公式(2)可得到如下关系